UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO
Uma solução é constituída por um ou mais solutos e por um solvente, que normalmente está em maior quantidade. Para representar as quantidades de soluto e solvente presentes na solução, utiliza-se as unidades de concentração. As unidades de concentração representam diferentes maneiras de expressar a quantidade de soluto existente em uma solução.
CONCENTRAÇÃO COMUM
É a relação entre a massa do soluto e o volume da solução:
A unidade de concentração comum, no SI, é expressa em g/L.
Exemplo:
Determine a concentração, em g/L, de uma solução apresenta 200 mL de volume e 2,0 g de sal.
Resolução:
Primeiro passo é transformar 200 mL em litros 200 = 0,2 L
1000
Logo:
C = 2
0,2
C = 10 g/L
CONCENTRAÇÃO MOLAR OU MOLARIDADE (M)
É a relação entre o número de mol do soluto e o volume da solução em litros:
Onde n = número de mol de soluto.
A unidade de concentração molar, no SI, é expressa em mol/L.
A partir da fórmula de molaridade é possível obter uma nova relação. Sabendo que n = massa comum/massa molar, tem-se que:
1 . n = m/MM
2 . M = n/V
Substituindo (1) em (2) tem-se uma nova relação:
Essa relação pode ser utilizada para determinar a concentração molar quando não se é fornecido o número de mol diretamente, e sim a massa.
Exemplo:
Determine a molaridade de uma solução que contém 9,8 g de H2SO4 em 100 ml de solução.
Resolução:
Utilizando-se a relação M = m/MM x V é possível obter o valor de M. Dado que a massa molar do H2SO4 é igual a 98 g/mol e utilizando-se os dados fornecidos tem-se que:
M = m/MM x V
M = 9,8/98 x 0,1
M = 1mol/L
PORCENTAGEM
Porcentagem em massa (%m/m)
É a massa do soluto presente em 100 g de solução. É expressa em porcentagem.
Essa relação também pode ser expressa a partir do título mássico, que também representa as relações entre a massa de soluto e de solução, porém, de maneira é adimensional. Essa relação é expressa por:
Exemplo:
Uma solução 10% m/m contém 10 g de soluto em 100 g de solução.
Porcentagem em volume (% V/V)
É o volume de soluto presente em 100 ml de solução.
Exemplo:
Uma solução 20% v/v contém 20 ml de soluto em 100 ml de solução
Porcentagem massa/volume (%m/v)
É a massa de soluto presente em 100 ml de solução.
OBSERVAÇÃO
Apesar de apresentar fórmula similar à concentração comum, a densidade não é uma unidade de concentração, já que considera a massa de toda a solução, e não apenas do soluto. Além disso, uma de suas unidades mais comuns é expressa em g/mL, diferente da concentração comum, que é representada em g/L.
PARTES POR MILHÃO (PPM) E POR BILHÃO (PPB)
Expressa quantas partes do soluto existem em um milhão (ou em um bilhão) de partes da solução. Esse tipo de unidade é utilizado para expressar concentrações de ambientes onde as soluções são extremamente diluídas, sendo difícil fazer o cálculo do todo.
Partes por milhão (ppm): quantidade de soluto, presente em 10⁶ gramas de solução.
Partes por bilhão (ppb): quantidade de soluto, presente em ⁹ gramas de solução.
A unidade de ppm e ppb pode ser expressa em termos de massa ou volume, desde que sejam iguais para soluto e solução.
Exemplo:
A água de um rio apresenta a concentração de 10 ppm em massa de cobre. Significa que a cada 1 g da água deste rio contém 10 µg de cobre.
RELAÇÃO ENTRE UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO
Algumas relações podem ser feitas entre as diferentes unidades de concentração. São elas:
Relação entre concentração comum e concentração molar
Dado que:
(1) C = m/V e (2) M = m/MM x V
isolando m em (2),
m = M . MM . V
Substituindo m em (1),
C = M . MM . V/V
Logo, tem-se uma relação entre concentração comum e molar:
C = MM · M
Relação entre concentração comum, título e densidade
Outras possíveis relações entre unidades de concentração são:
C = T . d ou MM . M = T . d
Onde d = g/ml, MM = g/mol
T = título massivo M = n° mol/L
C = g/L
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
01. (IFSUL) A água de uso doméstico deve apresentar uma concentração de íons fluoreto igual a 5,0 · 10⁻⁵ mol L.
Se, ao fim de um dia, uma pessoa toma 6,0 litros dessa água, qual a massa de fluoreto, em miligramas, que essa pessoa ingeriu?
a) 1,8
b) 2,6
c) 5,7
d) 11,4
e) 20,3
Resolução: C
Deseja-se determinar a massa de fluoreto ingerida, e tem-se como dados a concentração molar e o volume da solução. Dessa maneira, a melhor relação a ser utilizada para determinar a massa é:
Assim, faz-se necessário conhecer a massa molar do flúor, que é igual a 19 g/mol:
5 . 10⁻⁵ = m / 19 . 6
m = 5 . 10⁻⁵ . 19 . 6
m = 570 . 10⁻⁵ g
Para converte g para mg, deve-se multiplicar o valor encontrando por 1000, ou seja, 10³
m = 570 . 10⁻⁵ . 10³
m = 570 . 10⁻²
m = 5,7 mg
02. (FATEC) Para se obter meio litro de uma solução aquosa de cloreto de sódio 0,9% (soro fisiológico) são necessários x gramas do sal. O valor numérico de x é, aproximadamente.
a) 0,45
b) 0,9
c) 4,5
d) 9,0
e) 45
Resolução: C
A concentração foi fornecida em porcentagem massa/ massa. Apesar do enunciado não deixar isso claro, nos casos onde o tipo de porcentagem não é informado, considera-se que é em massa. Sendo assim, pela porcentagem, pode-se que há 0,9 g de cloreto de sódio em 100 g de solução. Como a densidade da água é igual a 1 g/mL, pode-se dizer
que o volume em questão é de 100 ml. Assim:
0,9 g ___ 100 ml
x ___ 500 ml (0,5 L)
x = 0,9 · 5
x = 4,5 g
FRAÇÃO MOLAR (X)
Representa a divisão do número de mols, de soluto ou de solvente, pelo número de mols total da solução.
Onde X representa a fração molar e n o número de mols.
É importante observar que o valor de X se encontra no intervalo 0 < X < 1 e que a soma das frações molares do soluto e do solvente devem equivaler ao todo, ou seja, a 1.
MOLALIDADE (W)
Representa o número de mols de soluto dissolvido por quilograma de solvente:
Onde n é igual ao número de mols, e m da massa, em quilogramas.
Exemplo:
Uma solução contendo 4 mol em 1 kg de solvente apresenta
molalidade igual 4 molal.